介绍一种具有小半径曲线轨道的环形试验台，并对其钢轨表面短波长波磨的形成原因进行分析。环形试验台上车辆运行6 000圈后，在低轨表面观察到钢轨波磨以3.31 mm的波长再现。通过力锤敲击对轨道动态特性进行频率响应函数测试，并在行车条件下对波磨附近处高低轨的振动加速度进行数据采样，采用短时傅里叶变换对采样数据在频域上进行分析。根据试验台的实际尺寸建立轨道三维实体有限元模型，并对其进行模态分析和频响分析。结合试验和仿真的结果分析轨道结构动态特性与钢轨波磨的相关性。
(a1) 低轨扣件跨中横向加速度；(a2) 高轨扣件跨中横向加速度；(b1) 低轨扣件跨中垂向加速度；(b2) 高轨扣件跨中垂向加速度；(c1) 低轨扣件上方横向加速度；(c2) 高轨扣件上方横向加速度；(d1) 低轨扣件上方垂向加速度；(d2) 高轨扣件上方垂向加速度
图10 钢轨的振动加速度时域图(左边4组为低轨，右边4组为高轨)
1)试验台中再现的钢轨波磨约为3.31 mm，其在12 km/h的车速下通过频率为1 007 Hz。
2) 结合试验和仿真结果可知，试验台钢轨表面的钢轨波磨的形成与轨道结构高频振动特性相关。低轨上横向Pinned-Pinned模态频率为1 015 Hz，与波磨频率相吻合。车辆通过小曲线半径时，低轨上的横向振动幅值远大于高轨上的横向振动幅值，且低轨上产生的横向Pinned-Pinned共振容易被激发，同时振型表现为以钢轨扣件支撑点相对固定，从而导致在车辆运行中积累造成固定波长的周期性钢轨磨耗的形成与发展。钢轨横向Pinned-Pinned模态被激发加剧了钢轨的横向振动是导致小曲线半径低轨钢轨波磨形成的原因。采用降低车速的方法能控制钢轨振动的幅值，但是几乎不影响钢轨被激发出来的横向Pinned-Pinned共振频率，不能从源头上减缓波磨的发展。
通信作者：王安斌，博士，上海工程技术大学城市轨道交通学院教授，博士生导师，主要从事轨道振动噪声分析及控制研究、城市轨道交通、高速及重载等产品及技术开发等方面的研究工作。邮箱：Wangab725@163.com。
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